Influence of Ice Structure on Vitability of Frozen Sand-Water and Sand-Clay Mixtures
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine
Abstract
ENG: Purpose. To establish influence regularity of sand, water and clay preparation conditions on vitability of frozen mixtures made from combinations of these components and to increase the castings quality in foundries, as well as to improve technologies for artificial freezing of soils for underground constructions. Methodology. In this research, sand, clay, and water are used. Ice quality is estimated visually after water freezing at -15 °C in glass tubes. Frozen mixtures’ vitability at -15 °C is studied on beam-type samples. As indicators of survivability, the time to 1 mm bending of samples on supports and the time to their destruction are accepted. The time is recorded with a stopwatch, the temperature with an alcohol thermometer, the mass with electronic scales and the deflection arrow with a clock-type indicator. Findings. The presence and amount of water-soluble impurities in rare water significantly influence the nature, size and distribution of gas bubbles in ice, as well as frozen sand-water mixtures vitability. Frozen mixtures’ survivability increases with water content in them increasing, and, for sand water mixtures, survivability is maximum if ice has a homogeneous structure. Among mixtures with clays, the mixture with non-swollen kaolin clay has the greatest vitability. Regarding survivability, recommendations for manufacturing products from frozen foundry mixtures have been developed. Originality. For the first time, deformation change kinetics (bending arrows) under the influence of beam-type samples’ self-mass from mixtures of quartz sand and water and quartz sand, clay and water frozen at -15 °C, which have been previously prepared in different ways, have been investigated. Insights into the influence of various factors and ice quality on the vitability of frozen mixtures have been further developed. Practical value. The obtained results can be useful for expanding ideas about natural frozen soils’ behavior during their cyclic temperature changes, soils artificially frozen during mine shafts elaboration, escalators’ and junctions’ tunnels, etc. when constructing subways. In foundries, the developed recommendations will reduce technological losses and will improve casting quality made using frozen casting molds and cores from sand-water or sand-clay-water mixtures, castings’ patterns and their pouring systems from sand-water mixtures.
UKR: Мета. Встановити закономірності впливу умов підготовки піску, води та глини на живучість заморожених сумішей із комбінацій даних компонентів для підвищення якості виливків у ливарному виробництві, а також для вдосконалення технологій штучного заморожування ґрунтів під час підземного будівництва. Методика. У дослідженнях використовували пісок, глину та воду. Якість льоду оцінювали візуально після заморожування води при -15 °С у скляних пробірках. Живучість заморожених при -15 °С сумішей досліджували на зразках балочного типу. Показниками живучості прийнято час до вигину на 1 мм зразків на опорах та час до їх руйнування. Час фіксували секундоміром, температуру – спиртовим термометром, масу – електронними вагами, стрілу вигину – індикатором годинникового типу. Результати. Наявність і кількість водорозчинних домішок у вихідній воді суттєво впливають як на характер, розмір і розподіл газових бульбашок у льоді, так і на живучість заморожених піщано-водяних сумішей. Живучість заморожених сумішей зростає з підвищенням у них кількості води, і для сумішей пісок + вода живучість максимальна, якщо лід має однорідну структуру. Для сумішей із глинами найбільшу живучість має суміш із ненабряклою каоліновою глиною. З точки зору живучості розроблені рекомендації щодо виготовлення виробів із заморожених ливарних сумішей. Наукова новизна. Уперше досліджена кінетика деформаційних змін (стріли вигину) під впливом власної маси зразків балочного типу із заморожених при -15 °С сумішей кварцового піску з водою та кварцового піску, глини й води, що були попередньо підготовані різними способами. Подальший розвиток отримали уявлення щодо впливу різних факторів та якості льоду на живучість заморожених сумішей. Практична значимість. Отримані результати можуть бути корисними для розширення уявлень щодо поведінки природних мерзлих ґрунтів під час циклічних змін їх температури, штучного заморожування ґрунтів на будівництві метрополітенів під час проходження стовбурів шахт, ескалаторних і перегінних тунелів тощо. У ливарних цехах розроблені рекомендації дозволять скоротити технологічні втрати й підвищити якість виливків, що виготовляють із використанням заморожених ливарних форм і стрижнів із піщано-водяних або піщано-глинисто-водяних сумішей, моделей виливків і їх ливникових систем із піщано-водяних сумішей.
UKR: Мета. Встановити закономірності впливу умов підготовки піску, води та глини на живучість заморожених сумішей із комбінацій даних компонентів для підвищення якості виливків у ливарному виробництві, а також для вдосконалення технологій штучного заморожування ґрунтів під час підземного будівництва. Методика. У дослідженнях використовували пісок, глину та воду. Якість льоду оцінювали візуально після заморожування води при -15 °С у скляних пробірках. Живучість заморожених при -15 °С сумішей досліджували на зразках балочного типу. Показниками живучості прийнято час до вигину на 1 мм зразків на опорах та час до їх руйнування. Час фіксували секундоміром, температуру – спиртовим термометром, масу – електронними вагами, стрілу вигину – індикатором годинникового типу. Результати. Наявність і кількість водорозчинних домішок у вихідній воді суттєво впливають як на характер, розмір і розподіл газових бульбашок у льоді, так і на живучість заморожених піщано-водяних сумішей. Живучість заморожених сумішей зростає з підвищенням у них кількості води, і для сумішей пісок + вода живучість максимальна, якщо лід має однорідну структуру. Для сумішей із глинами найбільшу живучість має суміш із ненабряклою каоліновою глиною. З точки зору живучості розроблені рекомендації щодо виготовлення виробів із заморожених ливарних сумішей. Наукова новизна. Уперше досліджена кінетика деформаційних змін (стріли вигину) під впливом власної маси зразків балочного типу із заморожених при -15 °С сумішей кварцового піску з водою та кварцового піску, глини й води, що були попередньо підготовані різними способами. Подальший розвиток отримали уявлення щодо впливу різних факторів та якості льоду на живучість заморожених сумішей. Практична значимість. Отримані результати можуть бути корисними для розширення уявлень щодо поведінки природних мерзлих ґрунтів під час циклічних змін їх температури, штучного заморожування ґрунтів на будівництві метрополітенів під час проходження стовбурів шахт, ескалаторних і перегінних тунелів тощо. У ливарних цехах розроблені рекомендації дозволять скоротити технологічні втрати й підвищити якість виливків, що виготовляють із використанням заморожених ливарних форм і стрижнів із піщано-водяних або піщано-глинисто-водяних сумішей, моделей виливків і їх ливникових систем із піщано-водяних сумішей.
Description
L. Solonenko: ORCID 0000-0003-2092-8044; K. Uzlov: ORCID 0000-0003-0744-9890; T. Kimstach: ORCID 0000-0002-8993-201X; Ya. Mianovska: ORCID 000-0002-5898-1169; D. Yakymenko: ORCID 009-0002-8861-8966
Keywords
water, sand, clay, freezing, vitability, ice, gas, impurities, destruction, вода, пісок, глина, заморожування, живучість, лід, газ, домішки, руйнування, КМТОМ, КТОМП
Citation
Solonenko L. I., Uzlov K. I., Kimstach T. V., Mianovska Ya. V., Yakymenko D. Yu. Influence of Ice Structure on Vitability of Frozen Sand-Water and Sand-Clay Mixtures. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024. No. 1. P. 32–40. DOI: https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-1/032.